EP0198248A2 - Steuereinheit für einen von einem Frequenzumrichter gespeisten Drehstrommotorantrieb - Google Patents

Steuereinheit für einen von einem Frequenzumrichter gespeisten Drehstrommotorantrieb Download PDF

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EP0198248A2
EP0198248A2 EP86103588A EP86103588A EP0198248A2 EP 0198248 A2 EP0198248 A2 EP 0198248A2 EP 86103588 A EP86103588 A EP 86103588A EP 86103588 A EP86103588 A EP 86103588A EP 0198248 A2 EP0198248 A2 EP 0198248A2
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EP
European Patent Office
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control unit
control
phase
unit according
drive
Prior art date
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EP86103588A
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EP0198248B1 (de
EP0198248A3 (en
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Günther Dr. Dipl.-Ing. Vogt
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Arnold Mueller & Co KG GmbH
Original Assignee
Arnold Mueller & Co KG GmbH
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Publication of EP0198248A3 publication Critical patent/EP0198248A3/de
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/0077—Characterised by the use of a particular software algorithm
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a control unit for a three-phase motor drive, which is fed by a frequency converter.
  • Control units for guiding, regulating and controlling asynchronous motor drives, which are fed by a frequency converter which can be controlled in frequency are generally known.
  • the known control units are generally designed for the speed control of the drive, i.e. they drive the drive according to the desired speed. However, if other sizes are to be used for guidance, then such a control unit can no longer be used. In practice, this means that for different applications in the control of such drives, differently constructed and differently operated or operating additional control units must be made available.
  • control unit that is adaptable to different tasks in practice is available, does not require any significant change in the physical design, so-called hardware, and is therefore able to perform a wide variety of practical tasks, such as one Position control, route control, a coupling function as well as synchronization functions and complete functions in an island solution.
  • the microcomputer provided according to the invention is provided with a sequence program which contains all the processes necessary for the different drive configurations and drive functions, the actual drive configuration being advantageously carried out by the user or customer himself on site in accordance with the respective drive task.
  • the corresponding parts of the sequence program are called up from the outside and activated in such a way that the control unit operates the drive in accordance with the desired type of drive.
  • the control unit according to the invention is provided with a RAM memory part as a random access memory, an EPROM memory part as an erasable program read memory and a combined EPROM + EEPROM memory part as an erasable program read memory and an electrically erasable program read memory.
  • the combined EPROM + EEPROM memory section saves the call configuration from the outside and if a combination that has already been saved is no longer required because the drive is to be used for another task, the call can be changed in the electrically erasable mode by changing the call Program read memory information overwritten by the new information. This means that only the new information is decisive for the execution of the control program.
  • control unit 1 designed according to the invention is shown schematically with a series of inputs / outputs, as well as with parts indicated by block diagrams, which relate to the transistor pulse-changing frequency converter 2 and the asynchronous motor 3, which is preferably used as a three-phase motor.
  • the control unit 1 is connected to the frequency converter 2 via a bus 4.
  • the frequency converter 2 itself feeds the asynchronous machine 3 via collecting lines 5 and receives feedback signals from the asynchronous motor 3 via said collecting line 5.
  • control unit is shown with ten different inputs and outputs 6-15. Then the function of these connections, some of which represent individual devices and electrical circuits, will be discussed. Such inputs and outputs are usually also called device technology or just interfaces.
  • the input / output labeled 6 represents a serial asynchronous interface that is operated according to the EIA standard RS 232 or RS 422.
  • the maximum transfer rate is 100,000 baud (bit / s).
  • the format provides a start bit, eight data bits, a parity bit and a stop bit.
  • the commands are in ASCII format and the data are binary coded.
  • the seventh data bit is determined to indicate whether it is data or commands that are being transmitted. If the data bit is a one, the data is transferred, if the bit is set to zero, then it is a question of commands.
  • data bit 6 can be used to indicate the sign of data with its state, zero or one.
  • the serial asynchronous interface can advantageously be connected via a 15-pin connector.
  • Input 8 is the BCD interface for the transmission of binary coded decimal values. This enables asymmetrical data transmission over four data lines and two control lines, using a level of 5 or 15 volts.
  • Input 9 is an analog input that is operated at an input level of +/- 10 V. Depending on the rest of the configuration, further inputs may be available here. One can also provide inputs of different accuracy here.
  • Input 10 represents the controller enable and can be activated with a signal level of 5 or 15 volts or operated by 12 or 24 volts via optocouplers.
  • Output 11 emits an error signal, for example with a signal level of 15 volts or as a relay output, in order to inform the outside about the error state of control unit 1.
  • a pulse generator 1 Another very important input is input 12, which is acted upon by a pulse generator 1.
  • This input can, for example, process two symmetrical sinusoidal signals, offset by 90 °, with an amplitude of up to 10 volts and a maximum frequency of 50 kHz.
  • This pulse generator input 1 is fed, for example, by a pulse generator seated on the rotor shaft of the asynchronous motor 3 for determining the angular position of the rotor and also for determining the speed of the rotor.
  • the information about the speed is only obtained from the evaluation of the pulse rate per unit of time.
  • the input 13 is the pulse generator input 2, which can process, for example, two rectangular pulse trains electrically offset by 90 ° with a signal level of 5 volts.
  • the maximum frequency is, for example, 200 kHz.
  • a sinusoidal pulse generator as can be connected, for example, via the pulse generator input 1, further positional and speed information can be obtained from the sinusoidal curve in combination with the present control unit 1 with relatively low pulse numbers. At high speeds, this results in higher pulse numbers, but much lower than is usually the case with square-wave pulse generators, so that even at high speeds, the sine pulse generator can cope technically with this pulse number.
  • the sinusoidal curve of the sinus pulse generator can provide information through the amplitude evaluation and the zero crossing evaluation.
  • the input labeled 14 represents digital inputs that can be connected either directly or via optocouplers with a level of 12 or 24 volts.
  • the other signal level can be 5 or 15 volts, for example.
  • Such digital inputs are used, for example, as inputs for detecting absolutely coded position measuring systems with a bus structure, as control inputs and as monitoring inputs.
  • the output of the control unit 1, designated 15, represents digital outputs. These can be open collector outputs of a level up to 15 volts, they can also be conducted via relays. The use of these outputs is used, for example, for machine control, status display, control and addressing the acquisition of measured values from absolute position measuring systems with a bus structure.
  • the control unit designed according to the invention is provided with a microcomputer in which a sequence program for various drive configurations is contained.
  • This sequence program contains parts that make it possible to make the rotor flux and the motor torque accessible as linear control variables as in DC machines, although the control structure of the asynchronous machine is not linear.
  • the sequence program is generally designed in such a way that it takes into account the most diverse configurations for an asynchronous motor drive fed by a frequency converter.
  • a sequence control program that takes into account all or the most frequently occurring drive configurations has thus been created and is stored in the memory of the microcomputer.
  • not all parts of this program, which can be thought of as modular are required for the individual drive configurations, those parts of the program that are required for the respective drive configuration are activated by calling them from the outside.
  • the microcomputer of the control unit 1 comprises a microprocessor 20.
  • This microprocessor 20 is connected via an address bus 21 to various memory parts of the microcomputer.
  • a data collecting line 22 leads to the different memory parts of the microcomputer.
  • the microprocessor 20 is connected to a further collecting line 23, via which data and information exchange takes place with input / output interfaces. Only the digital input interface shown at 27 is shown, which is provided with inputs P1 to P8.
  • the data bus 22 and the address bus 21 are also connected to other parts of the control unit 1, which are not shown in FIG. 2. However, these parts appear to be unnecessary to explain the invention.
  • the memory parts which cooperate with the microprocessor 20 are, on the one hand, the RAM memory part 24, which is an random access memory for the microprocessor 20. Furthermore, the microprocessor 20 is connected via the bus lines 21 and 22 to an EPROM memory part 25, which serves as an erasable program read memory. Another combined EPROM + EEPROM memory part 26 is also connected to the microprocessor 20 via the bus lines 21 and 22. This memory part is a combined erasable program read-only memory and electrically erasable program read-only memory. The external configuration of the call is saved in the latter.
  • the extensive program once created which takes into account a wide variety of functions in the sense of multifunctional equipment in all possible drive types and drive configurations as well as control and regulation requirement profiles, is essentially contained in the memory parts 25 and 26.
  • the digital input 27 which contains program inputs P1 to P8, and the bus 23, the microprocessor 20 itself and the address bus 21 and the data bus 22 into the memory section 26, there in particular into the electrically erasable program read-only memory , set the information that is to be called, ie to activate the required and selected configuration.
  • 27 different possible configurations can be set via the input on the digital input, so that a single control unit 1 can perform a wide variety of tasks in practice.
  • this type has the considerable advantage that a single control unit can be used universally, and can even be configured according to requirements by the user himself on site, depending on the wishes and possibilities.
  • one of the pulse generator inputs for example pulse generator input 12
  • the other input for example input 13 for pulse generator 2
  • the use of controls in cascades can be foreseen here, it being possible for a plurality of motors which are connected in series to be operated by combining a plurality of control units.
  • This is of interest, for example, when in the glass industry in the manufacture of hollow glass or in the packaging industry in the manufacture of cans, an entire chain of motors must run in certain synchronous cycles or in a certain way in a synchronous manner.
  • the simulation of a stepper motor control should be considered when creating the sequence program.
  • two motors are supplied with power electronics by one and the same control unit, but it is assumed that only one system is in engagement at a time.
  • the position and actual values of a motor that is not currently being operated are stored by the one memory unit used. Both systems are therefore operated alternately without the necessary information being lost.
  • An example of such an application is given, for example, in a turret switch drive and in the drive for the rotating tool or workpiece.
  • control unit is used as a basic system for handling systems in which the various axes of the system are operated by asynchronous motors, but only one of the axes is currently being driven.
  • location functions of the individual axes are taken into account via the inputs.
  • numerically controlled machine tools whereby different route profiles and different speed profiles depending on the time are taken into account when designing the program.
  • additional pulse generator inputs can be provided, which are fed by correspondingly more motors. All information managed by the sensors, which is necessary for the control and management of the individual motors, is saved.
  • control unit As can be seen from the above, the range of application of the control unit depends on how carefully and effort initially all possible drive configurations are considered and taken into account accordingly.
  • the invaluable advantage results directly from the fact that the control unit can be set up for new tasks with simple means in practice and in practice simply. This offers enormous flexibility with low inventory of control units.

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Abstract

Die Steuereinheit (1) für einen Drehstrom-, insbesondere Asynchronmotor (3), der von einem Frequenzumrichter (2) gespeist wird, ist mit einem Mikrorechner versehen. Im Mikrorechner ist ein Ablaufprogramm abgespeichert, welches eine Vielzahl von möglichen Antriebskonfigurationen berücksichtigt. In der Praxis werden dann durch den Anwender von außen aufgerufen diejenigen Teile des Programms, die zur jeweiligen Antriebskonfiguration benötigt werden. Dabei werden löschbare Informationen in einen elektrisch löschbaren Programm-Lesespeicher (26) eingegeben, um somit die universell gestaltete Steuereinheit für die individuelle Anwendung zu personifizieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit für einen Drehstrommotorantrieb, der von einem Frequenzumrichter gespeist ist. Steuereinheiten für die Führung, Regelung und Steuerung von Asynchronmotorantrieben, die von einem in der Frequenz steuerbaren Frequenzumrichter gespeist werden, sind allgemein bekannt. Die bekannten Steuereinheiten sind im allgemeinen für die Drehzahlregelung des Antriebs ausgelegt, d.h. sie führen den Antrieb entsprechend der gewünschten Drehzahl. Sollen jedoch andere Größen zur Führung verwendet werden, dann ist eine derartige Steuereinheit nicht mehr anwendbar. Dies bedeutet in der Praxis, daß für verschiedene Anwendungsfälle bei der Steuerung derartiger Antriebe unterschiedlich aufgebaute und unterschiedlich betriebene bzw. arbeitende zusätzliche Steuereinheiten zur Verfügung gestellt werden müssen.
  • Aus dieser vorhandenen Vielfalt heraus ergibt sich die Aufgabe vorliegender Erfindung dahingehend, daß eine Steuereinheit ge- mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Verfügung gestellt werden soll, die über die Drehzahlregelungsfunktion hinausgehend in der Lage ist, auch andere Antriebsfunktionen ohne nennenswerte Änderung der Steuereinheit selbst durchzuführen. Das heißt, es soll eine anpassungsfähige Steuereinheit geschaffen werden, die eine Führung mit Multifunktionsausrüstung darstellt.
  • Die vorliegender Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei der genannten Steuereinheit durch die Anwendung der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 niedergelegten Merkmale grundsätzlich und in vorteilhafter Weise gelöst.
  • Die mit dieser Lösung erzielten Vorteile liegen darin, daß eine an verschiedene Aufgabenstellungen in der Praxis anpassungsfähige Steuereinheit zur Verfügung steht, die ohne nennenswerte Änderung in der physischen Gestaltung, sogenannte Hardware, auskommt und damit in der Lage ist, verschiedenste praxisgegebene Aufgabenstellungen, wie beispielsweise eine Lageregelung, eine Streckensteuerung, eine Kopplungsfunktion sowie Synchronisationsfunktionen und Komplettfunktionen in Insellösung zu erfüllen.
  • Der erfindungsgemäß vorgesehene Mikrorechner ist mit einem Ablaufprogramm versehen, welches alle für die verschieden vorkommenden Antriebskonfigurationen und Antriebsfunktionen notwendigen Abläufe enthält, wobei in vorteilhafter Weise vom Anwender bzw. Kunden selbst vor Ort entsprechend der jeweiligen Antriebsaufgabe die eigentliche Antriebskonfiguration vorgenommen werden kann. Dazu werden die entsprechenden Teile des Ablaufprogramms von außen her aufgerufen und derart aktiviert, daß die Steuereinheit entsprechend der gewünschten Antriebsart den Antrieb betreibt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 angegebenen grundsätzlichen Lösung, sind in den Unteransprüchen niedergelegt. Die sich daraus ergebenden Vorteile sind entweder auf der Hand liegend oder werden nachfolgend anhand der speziellen Beschreibung näher erläutert.
  • Mit der erfindungsgemäß gestalteten Steuereinheit bzw. dem in ihrem Mikrorechner gespeicherten Ablaufprogramm lassen sich z.B. folgende Regelungen besonders vorteilhaft durch den genannten Aufruf von außen konfigurieren:
    • a) eine Drehzahlregelung mit und ohne Meßwertgeber,
    • b) Rotorpositionswinkelregelung oder allgemeine Positionsregelung mit digitalen Meßsystemen,
    • c) Sollwerterzeugung für Positionierzyklen oder für zeitabhängige Drehzahlprofile,
    • d) Steuerung von Maschinenfunktionen über digitale Ein-/Ausgänge,
    • e) Handradsteuerung mittels Wege darstellenden Impulsketten, die über einen der Impulsgebereingänge eingespeist werden, sowie
    • f) Schrittmotorsteuerung unter Verwendung von Sollwerten, die über einen der Impulsgebereingänge geführt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Steuereinheit mit einem RAM-Speicherteil als wahlfreiem Zugriffsspeicher, einem EPROM-Speicherteil als löschbarem Programm-Lesespeicher sowie einem kombinierten EPROM + EEPROM-Speicherteil als löschbarem Programm-Lesespeicher und elektrisch löschbarem Programm-Lesespeicher versehen. Dabei wird mit dem kombinierten EPROM + EEPROM-Speicherteil die von außen erfolgende Aufruf-Konfiguration abgespeichert und wenn eine bereits einmal abgespeicherte Kombination nicht mehr benötigt wird, weil der Antrieb für eine andere Aufgabe eingesetzt werden woll, wird durch entsprechenden geänderten Aufruf die im elektrisch löschbaren Programm-Lesespeicher enthaltene Information durch die neue Information überschrieben. Damit ist dann nur die neue Information für den Ablauf des Steuerprogramms maßgebend.
  • Aufbau, Arbeitsweise und weitere Anwendungen der erfindungsgemäß gestalteten Steuereinheit werden anhand des im Zusammenhang mit der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nachfolgend näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen:
    • Fig. 1 schematisch die Steuereinheit gemäß der Erfindung zusammen mit einem pulsgetriebenen Frequenzumrichter und einem Asynchronmotor sowie eine Reihe unterschiedlicher Eingänge sowie Ausgänge der Steuereinheit und
    • Fig. 2 schematisch einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Steuereinheit, darstellend im wesentlichen den Mikroprozessor und die wesentlichen Speicherteile sowie einen digitalen Eingabeteil des Mikrorechners.
  • In Fig. 1 ist die erfindungsgemäß gestaltete Steuereinheit 1 schematisch mit einer Reihe von Ein-/Ausgängen dargestellt, sowie mit blockschaltmäBig angedeuteten Teilen, die den Transistorpulswechsel-Frequenzumrichter 2 und den vorzugsweise als Drehstrommotor verwendeten Asynchronmotor 3 betreffen. Die Steuereinheit 1 ist über eine Sammelleitung 4 mit dem Frequenzumrichter 2 verbunden. Der Frequenzumrichter 2 selbst speist über Sammelleitungen 5 die Asynchronmaschine 3 und erhält über genannte Sammelleitung 5 Rückmeldesignale von dem Asynchronmotor 3.
  • Im dargestellten Beispiel der Fig. 1 ist die Steuereinheit mit zehn verschiedenen Ein- und Ausgängen 6 - 15 dargestellt. Anschließend soll auf die Funktion dieser Anschlüsse, die teilweise einzelne Geräte und elektrische Schaltkreise darstellen, eingegangen werden. Solche Ein-und Ausgänge werden üblicherweise auch gerätetechnische oder nur Schnittstellen genannt.
  • Der mit 6 bezeichnete Ein-/Ausgang stellt eine serielle asynchrone Schnittstelle dar, die nach dem EIA-Standard RS 232 oder RS 422 betrieben wird. Dabei beträgt die maximale Übertragungsrate 100 000 Baud (Bit/S). Das Format sieht ein Start-Bit, acht Daten-Bits,ein Parity-Bit und ein Stop-Bit vor. Die Befehle sind im ASCII-Format und die Daten sind binär codiert. Beispielsweise ist dabei das siebte Daten-Bit zur Angabe bestimmt, ob es sich um Daten oder Befehle handelt, die übertragen werden. Ist das Daten-Bit eine Eins, so handelt es sich um übertragene Daten, ist das Bit Null gesetzt, dann handelt es sich um Befehle. Weiterhin kann das Daten-Bit 6 dazu benutzt werden, um mit seinem Zustand, Null oder Eins, das Vorzeichen bei Daten anzugeben. Der Anschluß der seriellen asynchronen Schnittstelle kann vorteilhafter Weise über einen 15-poligen Steckverbinder erfolgen.
  • Mit 7 ist die bitserielle Schnittstelle bezeichnet, mit der der Steuereinheit mit einer maximalen übertragungsrate von 500 kHz Informationen zugeführt werden können. Dabei ist eine symmetrische Übertragung zweier Signale für positive und negative Zählrichtung vorgesehen. Vorteilhafterweise wird ein Signalpegel von 5 Volt verwendet.
  • Der Eingang 8 ist die BCD-Schnittstelle zur Übertragung von binär codierten Dezimalwerten. Damit ist eine asymmetrische Datenübertragung über vier Datenleitungen und zwei Steuerleitungen möglich, wobei ein Pegel von 5 bzw. 15 Volt benutzt wird. Eingang 9 ist ein Analogeingang, der mit einem Eingangspegel von +/-10 V betrieben wird. Abhängig von der übrigen Konfiguration können hier weitere Eingänge verfügbar sein. Man kann auch Eingänge unterschiedlicher Genauigkeit hier vorsehen.
  • Der Eingang 10 stellt die Reglerfreigabe dar und kann mit einem Signalpegel von 5 bzw. 15 Volt aktiviert werden oder von 12 bzw. 24 Volt über Optokoppler betrieben werden. Ausgang 11 gibt z.B. mit einem Signalpegel von 15 Volt oder als Relaisausgang ein Fehlersignal ab, um nach außen über den Fehlerzustand der Steuereinheit 1 zu informieren.
  • Ein weiterer sehr wesentlicher Eingang ist Eingang 12, der von einem Impulsgeber 1 beaufschlagt wird. Dieser Eingang kann beispielsweise zwei um 90° elektrisch versetzte, symmetrische Sinussignale mit einer Amplitude bis zu 10 Volt und einer Maximalf requenz von 50 kHz verarbeiten. Dieser Impulsgebereingang 1 wird beispielsweise gespeist von einem auf der Rotorwelle des Asynchronmotors 3 sitzenden Impulsgeber zur Feststellung der Winkelposition des Rotors und auch zur Feststellung der Geschwindigkeit des Rotors. Wobei allerdings darauf hinzuweisen ist, daß die Information über die Geschwindigkeit erst aus der Auswertung der Impulsrate pro Zeiteinheit gewonnen wird.
  • Der Eingang 13 ist der Impulsgebereingang 2, der beispielsweise zwei um 90° elektrisch versetzte rechteckförmige Impulsreihen mit einem Signalpegel von 5 Volt verarbeiten kann. Hier beträgt die Maximalfrequenz beispielsweise 200 kHz. Bei einem sinusförmigen Impulsgeber, wie er beispielsweise über den Impulsgebereingang 1 angeschlossen werden kann, kann man wie gesagt in Kombination mit vorliegender Steuereinheit 1 bei relativ niedrigen Impulszahlen aus dem sinusförmigen Verlauf weitere Lage- bzw. Geschwindigkeitsinformationen entnehmen. Bei hohen Drehzahlen ergeben sich dann höhere Impulszahlen, jedoch wesentlich niedrigere als üblicherweise bei Rechteckimpulsgebern, so daß man auch bei hohen Drehzahlen mit dem Sinusimpulsgeber mit dieser Impulszahl technisch gesehen zurecht kommt. Denn es ist klar, wenn zu hohe Impulszahlen vorliegen, insbesondere wenn man in einem gestörten oder störanfälligen Umfeld arbeitet, können unter Umständen hohe Impulszahlen von Rechteckimpulsgebern nicht mehr verwendet werden. Dies ist insbesondere dann der Fall und von Bedeutung, wenn Drehzahlen bis zu 20 000 oder gar 30 000 Umdrehungen pro Minute gefordert sind. Generell gesehen kann also der Sinusverlauf beim Sinusimpulsgeber Informationen durch die Amplitudenauswertung und die Nulldurchgangsauswertung liefern.
  • Der mit 14 bezeichnete Eingang stellt digitale Eingänge dar, die entweder direkt oder über Optokoppler mit einem Pegel von 12 bzw. 24 Volt angeschlossen werden können. Der andere Signalpegel kann beispielsweise 5 bzw. 15 Volt betragen. Solche digitalen Eingänge werden beispielsweise verwendet als Eingänge zur Erfassung von absolut codierten Positionsmeßsystem mit Busstruktur, als Steuereingänge und als überwachungseingänge.
  • Der mit 15 bzeichnete Ausgang der Steuereinheit 1 stellt digitale Ausgänge dar. Diese können offene Kollekteausgänge von einem Pegel bis 15 Volt sein, sie können auch über Relais geführt werden. Die Verwendung dieser Ausgänge dient beispielsweise zur Maschinensteuerung, zur Statusanzeige, zur Steuerung und Adressierung der Erfassung von Meßwerten absoluter Positionsmeßsysteme mit Busstruktur.
  • Die erfindungsgemäß gestaltete Steuereinheit ist mit einem Mikrorechner versehen, in dem ein Ablaufprogramm für verschiedene Antriebskonfigurationen enthalten ist. Dieses Ablaufprogramm enthält Teile, die es erlauben, den Rotorfluß und das Motormoment als lineare Steuergrößen wie bei Gleichstronnaschinen zugänglich zu machen, obwohl die regelungstechnische Struktur der Asynchronmaschine nicht linear ist. Dazu ist das Ablaufprogramm generell derart gestaltet, daß es die verschiedensten Konfigurationen für einen Frequenzumrichtergespeisten Asynchronmotorantrieb berücksichtigt. Es ist also somit einmal ein möglichst alle bzw. die am meisten vorkommenden Antriebskonfigurationen berücksichtigendes Ablaufsteuerprogramm erstellt worden, welches im Speicher des Mikrorechners abgespeichert ist. Da man jedoch bei den einzelnen Antriebskonfigurationen nicht alle Teile dieses Programms benötigt, welches man als modular aufgebaut sich vorstellen kann, werden diejenigen Teile des Programms, welche bei der jeweiligen Antriebskonfiguration benötigt werden, durch Aufruf von außen aktiviert.
  • Anhand der schematischen Darstellung der Fig. 2 werden die dazu im wesentlichen notwendigen Teile schematisch dargestellt. Fig. 2 stellt also einen Teil der Steuereinheit 1 dar, wobei auf einzelne Steuerleitungen und untergeordnete aber nicht weniger notwendige Teile der Darstellung verzichtet ist.
  • Der Mikrorechner der Steuereinheit 1 umfaßt einen Mikroprozessor 20. Dieser Mikroprozessor 20 ist über eine Adressen-Sammelleitung 21 mit verschiedenen Speicherteilen des Mikrorechners verbunden. Weiterhin führt zu den verschiedenen Speicherteilen des Mikrorechners eine Daten-Sammelleitung 22. Darüberhinaus ist der Mikroprozessor 20 mit einer weiteren Sammelleitung 23 verbunden, über die Daten- und Informationsaustausch mit Ein-/Ausgabeschnittstellen stattfindet. Gezeigt ist nur die mit 27 dargestellte digitale Eingabeschnittstelle, welche mit Eingängen P1 bis P8 versehen ist. Die Daten-Sammelleitung 22 sowie die Adress-Sammelleitung 21 steht ebenfalls noch mit weiteren, in der Fig. 2 nicht dargestellten, Teilen der Steuereinheit 1 in Verbindung. Diese Teile erscheinen jedoch zur Erläuterung der Erfindung entbehrlich.
  • Die mit dem Mikroprozessor 20 zusammenarbeitenden Speicherteile sind zum einen der RAM-Speicherteil 24, der ein wahlfreier Zugriffsspeicher für den Mikroprozessor 20 ist. Weiterhin ist der Mikroprozessor 20 über die Sammelleitungen 21 und 22 mit einem EPROM-Speicherteil 25 verbunden, der als löschbarer Programm-Lesespeicher dient. Ein weiterer kombinierter EPROM + EEPROM-Speicherteil 26 ist ebenfalls über die Sammelleitungen 21 und 22 mit dem Mikroprozessor 20 verbunden. Dieser Speicherteil ist ein kombinierter löschbarer Programm-Lesespeicher und elektrisch löschbarer Programm-Lesespeicher. Dabei wird im letzteren mittels die von außen erfolgende Aufruf-Konfiguration abgespeichert.
  • Das einmal erstellte umfängliche Programm, das verschiedenste Funktionen im Sinne einer Multifunktionsausrüstung bei allen möglichen Antriebsarten und Antriebskonfigurationen sowie Steuerungs- und Regelungsanforderungsprofile berücksichtigt, ist im wesentlichen in den Speicherteilen 25 und 26 enthalten. Darüberhinaus wird über die digitale Eingabe 27, die Programmeingänge P1 bis P8 enthält,und die Sammelleitung 23, den Mikroprozessor 20 selbst sowie die Adress-Sammelleitung 21 und die Daten-Sammelleitung 22 in den Speicherteil 26, dort insbesondere in den elektrisch löschbaren Programm-Lesespeicher, diejenige Information eingestellt, die zum Aufrufen, d.h. zum Aktivieren, der jeweils benötigten und ausgewählten Konfiguration erforderlich ist. Somit sind über die Eingabe an der digitalen Eingabe 27 verschiedene mögliche Konfigurationen einstellbar, so daß eine einzige Steuereinheit 1 verschiedenste Aufgaben in der Praxis erfüllen kann. Selbstverständlich ist dabei vorausgesetzt, daß in dem abgespeicherten Ablaufprogramm derartige Konfigurationen vorherbedacht worden sind. Generell hat diese Art den erheblichen Vorteil, daß eine einzige Steuereinheit universell anwendbar ist, ja sogar vom Anwender selbst vor Ort je nach Wunsch und Möglichkeiten den Anforderungen entsprechend konfiguriert werden kann.
  • Bei der Erstellung des Ablaufprogramms ist das Erkennen verschiedener Anwendungen wesentlich. Beispielsweise kann zur Herstellung des Synchronlaufs zweier Motoren der eine Impulsgebereingang, beispielsweise Impulsgebereingang 12, intern per Programm als Sollwerteingang geschaltet werden, während der andere Eingang, beispielsweise Eingang 13 für den Impulsgeber 2, derjenige Eingang ist, der in Drehzahl und Lage den Führungsmotor führt. Insofern ist hier vorhersehbar die Anwendung von Steuerungen in Kaskaden, wobei mehrere Motoren, die hintereinander geschaltet sind, durch Kombination mehrerer Steuereinheiten betrieben werden können. Dies ist beispielsweise dann von Interesse, wenn in der Glasindustrie bei der Herstellung von Hohlglas oder in der Verpackungsindustrie bei der Herstellung von Konservendosen eine ganze Kette von Motoren in bestimmten synchronen Zyklen oder in bestimmter Weise verhältnissynchron laufen müssen.
  • Desweiteren ist bei der Erstellung des Ablaufprogramms an die Nachbildung einer Schrittschaltmotorsteuerung zu denken. Darüberhinaus kann daran gedacht werden, daß zwei Motoren leistungselektronisch von ein und demselben Steuergerät versorgt werden, wobei jedoch vorausgesetzt ist, daß immer nur ein System in Eingriff ist. Dabei werden von der einen verwendeten Speichereinheit jedoch die Lage-und Istwerte des einen gerade nicht betriebenen Motors gespeichert. Beide Systeme werden somit alternierend geführt, ohne daß dabei notwendige Information verloren geht. Ein Beispiel für eine derartige Anwendung ist beispielsweise bei einem Revolverschaltantrieb und bei dem Antrieb für das rotierende Werkzeug bzw. Werkstück gegeben.
  • Desweiteren kann in der Gestaltung des Ablaufprogramms berücksichtigt werden, daß die Steuereinheit als Basissystem für Handhabungssysteme verwendet wird, bei der von Asynchronmotoren die verschiedenen Achsen des Systems betrieben werden, jeweils jedoch nur eine der Achsen gerade angetrieben wird. Die Ortsfunktionen der einzelnen Achsen werden jedoch über die Eingänge berücksichtigt. Auch ist bei der Gestaltung des Ablaufprogramms an die Anwendung bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen zu denken, wobei dabei verschiedene Streckenprofile und verschiedene Drehzahlprofile in Abhängigkeit von der Zeit bei der Gestaltung des Programms berücksichtigt werden. Insbesondere bei derartigen Anwendungen können neben den zwei vorgesehenen Impulsgebereingängen 12, 13 noch weitere zusätzliche Impulsgebereingänge vorgesehen werden, die von entsprechend mehr Motoren gespeist werden. Alle von den Gebern geführten Informationen, die zur Steuerung und Führung der einzelnen Motoren notwendig sind, werden gespeichert.
  • Sie bleiben somit erhalten und werden anschließend wieder verwendet, wenn inzwischen ein zweiter, dritter etc. Motor von der Steuereinheit alternierend betrieben wurde.
  • Ist ein derartiges Programm einmal erstellt, dann steht auch fest, welche einzelnen Anwendungen möglich sind, d.h. welche Antriebskonfigurationen in der Praxis vom Anwender konfigurierbar sind. Somit wird ein Verzeichnis all der Möglichkeiten erstellt, aus denen dann über entpsrechende Aktivierung von einzelnen zugeordneten Steuer- bzw. Auswahl-Bits an den Programmeingängen P1 bis P8 über die digitale Eingabe 27, vgl. dazu Fig. 2, die entsprechenden zugeordneten Programmteile aufgerufen und aktiviert werden. Diese Aktivierung geschieht wie gesagt dadurch, daß elektrisch löschbar im Speicherteil 26 die jeweilige Konfiguration eingeschrieben wird. Damit erhält die Steuereinheit 1 insgesamt eine geänderte Funktionsweise.
  • Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, hängt die Anwendungsbreite der Steuereinheit davon ab, mit wieviel Umsicht und Aufwand anfänglich alle möglichen Antriebskonfigurationen bedacht und entsprechend berücksichtigt sind. Jedoch ergibt sich der unschätzbare Vorteil unmittelbar daraus, daß mit einfachen Mitteln praxisbezogen und in der Praxis einfach die Steuereinheit für neue Aufgaben herzurichten ist. Dies bietet eine enorme Flexibilität bei geringer Lagerhaltung von Steuereinheiten.

Claims (10)

1. Steuereinheit für einen Drehstrommotorantrieb, der von einem Frequenzumrichter gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Steuereinheit (1) mit einem Mikrorechner versehen ist,
b) ein im Mikrorechner gespeichertes Ablaufprogramm für verschiedene Antriebskonfigurationen enthalten ist,
c) das Ablaufprogramm parametrisierte Struktur aufweist,
d) durch Aufruf von außen Teile des Ablaufprogramms derart aktivierbar sind, daß die Steuereinheit (1) entsprechend der gewünschten Antriebsart des Antriebs konfigurierbar ist, und
e) die Steuereinheit aus Sollvorgaben und Motor-Istgrößen die für die dynamische Führung des Drehstrommotors (3) erforderlichen Sollwerte für die Phasenspannung oder den Phasenstrom des Frequenzumrichters (2) generiert.
2. Steuereinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Mikrorechner gespeicherte Ablaufprogramm berücksichtigt
a) eine Drehzahlregelung mit und ohne Meßwertgeber,
b) Rotorpositionswinkelregelung oder allgemeine Positionsregelung mit digitalen Meßsystemen,
c) eine Sollwerterzeugung für Positionierzyklen oder für zeitabhängige Drehzahlprofile,
d) die Steuerung von Maschinenfunktionen mittels potential-getrennter digitaler Ein-/Ausgänge.
3. Steuereinheit gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß durch den Aufruf von außen (27, P1 - PB) von bestimmten Teilen des Ablaufprogramms die Steuereinheit (1) derart konfigurierbar ist, daß sie den Antrieb als momentgeregelten oder drehzahlgeregelten oder lagegeregelten oder als in einachsiger Positioniersteuerung arbeitenden betreibbar macht.
4. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß neben den Ein-/Ausgängen zur Verbindung mit dem Transistor-Pulsfrequenzumrichter (2) im wesentlichen folgende zur Erfassung und Steuerung der Prozeßgrößen sowie zur Kopplung mit übergeordneten Steuersystemen oder Bediengeräten dienende Geräteschnittstellen vorgesehen sind:
a) ein digital-serieller RS 232 oder RS 422 Ein-/Ausgangsteil (6),
b) eine bit-serielle Eingangsschnittstelle (7),
c) eine BCD-Eingangsschnittstelle (B),
d) mindestens zwei Impulsgeber-Eingabeschnittstellen (12, 13), sowie
e) binäre digitale Ein-/Ausgänge.
5. Steuereinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Mikrorechner neben dem Mikroprozessor (20) im wesentlichen einen RAM-Speicherteil (24) als wahlfreien Zugriffsspeicher, einen EPROM-Speicherteil (25) als löschbaren Programm-Lesespeicher sowie einen kombinierten EPRDM + EEPROM-Speicherteil (26) als löschbaren Programm-Lesespeicher und elektrisch löschbaren Programm-Lesespeicher enthält, wobei mittels letzterem (26) die von außen (27) erfolgende Aufruf-Konfiguration abspeicherbar ist.
6. Steuereinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß mittels einer einzigen Steuereinheit (1) alternierend mindestens zwei Antriebsmotoren (3) steuerbar sind, wobei jedem Drehstrommotor (3) ein Impulsgebereingang (12, 13) fest zugeordnet ist.
7. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß zwei oder mehrere Drehstrommotoren mittels einer oder mehrerer Steuereinheiten (1) synchron und/oder verhältnis-synchron betreibbar sind, wobei die Istwert-Impulse des Führungsmotors die Sollwert-Impulse des nachgeordneten Motors bilden.
8. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6,dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Drehstrommotoren mittels der Steuereinheit (1) in bestimmtem Verhältnis bzw. entsprechend dem Prozeßablauf miteinander koppelbar sind.
9. Steuereinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Basissystem für ein- und mehrachsige, von Drehstrommotoren (3) betriebenen Handhabungssystemen anwendbar ist.
10. Steuereinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehstrommotor ein Asynchronmotor (3) vorgesehen ist.
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